4~20mA變送電路的設(shè)計與仿真測試
?開始啦,設(shè)計的原理圖如下。關(guān)于運(yùn)放和三極管就隨便選了下,大家可以根據(jù)自己的需要計算參數(shù)去選取。

?那么,現(xiàn)在來淺談一下該部分的設(shè)計原理。如有錯誤,還望各位在評論區(qū)里指正,晚輩必定虛心改正,求教。
首先是全局功能:由芯片端口給入的區(qū)間PWM電位信號,經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)電流電路模塊,輸出與前端PWM對應(yīng)的電流信號。該電流信號可用于對應(yīng)外接變化的物理信號的數(shù)值顯示,即對外界變化量:溫度、濕度、電壓、電流、分貝、氣體含量等范圍的測定和顯示。
那么接下來就是各個小模塊的攻克啦!
在運(yùn)放前端的是RC濾波組合,給定運(yùn)放的正向輸入端一個穩(wěn)定的電壓值。由于虛短,運(yùn)放的反向輸入端接入R4處的鉗位電壓也是我們正向輸入端的電壓。這里我們用Uin表示好啦,這里的R4其實就是關(guān)聯(lián)我們后面電流值的采樣電阻啦,后面再說。
Q1三極管為流控器件,但我們在這個電路中,我們并非用到其電流放大功能,而是處于飽和狀態(tài)的導(dǎo)通功能。也就是說,當(dāng)Ib值增到一定的程度,我們的Ic并不會再放大,而是處于某數(shù)值附近,此時的Uc與Ue之間的電壓非常小,相當(dāng)于我們再電路中植入了常閉合開關(guān)。在放大狀態(tài)的電壓數(shù)值下,設(shè)計基極b處接入的電阻阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集電極c處的電阻,使得Ic更容易達(dá)到極限值,易得三極管的飽和導(dǎo)通狀態(tài)。
由于運(yùn)放反向輸入端的鉗位電壓,使得R4兩端的電壓卡死在△Ur4=Uin-0=Uin,這就是R4是個采樣電阻的原因了。R4端電壓就是我們芯片端PWM的電壓,再傳入芯片ADC。
Q1這里要注意,由于鉗位電壓的存在,我們需要在12V電源邊上加入大電容,當(dāng)然,不管有沒有鉗位電壓都應(yīng)該在電源附近加入電容器。Ie=△Ur4/R4? ,Ie=Ic+Ib,Ie≈Ic,流過CE之間的電流。Uc1=12V-Uin,運(yùn)放U5=U6=Uc1=12V-Uin。
運(yùn)放和Q2這一段,同樣是鉗位電壓,R9那一端電壓為U6,R9兩端電壓差是(12V-Ud1導(dǎo)通壓降)-U6=Uin+Ud1導(dǎo)通壓降即△Ur9=Uin+Ud1導(dǎo)通壓降,那求一下流過R9的電流:△Ur9/R9
這就是我們心心念叨的變送電流區(qū)。

接著就是LC電感組成的π型濾波啦!這里要注意哦,在電感后面串入負(fù)載R11和完整接地回路之后才會有4~20mA的電流輸出哦!在實體焊接的時候也要注意,該處的電容千萬千萬不能短路了,一短路,電流回路直接接地,電感、負(fù)載相當(dāng)于和地并聯(lián),這樣也會沒有電流輸出噠!點個贊,收藏一下,每天一起進(jìn)步一點!

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